3.4. Статические вольт-амперные характеристики транзистора
Режим работы транзистора в любой схеме включения определяется током и напряжением на входе и выходе схемы. Графики зависимости между токами транзистора и напряжениями на его выводах называются вольт-амперными характеристиками. Совокупность однотипных характеристик называется семейством.
Практический интерес представляют семейства входных и выходных характеристик, которые используются для выбора рабочего режима транзистора, а также для расчета параметров схем, работающих с большими уровнями выходных сигналов.
Вольт-амперные характеристики (ВАХ) снимают при относительно медленных изменениях тока и напряжения (т. е. по постоянному току), в связи с этим их называют статическими.
Вид характеристик зависит от способа включения транзистора. Так как коэффициенты передачи по току в схемах с ОЭ и ОК примерно одинаковы, то и статические характеристики транзистора в этих схемах примерно одинаковы. Поэтому практическое применение находят только характеристики транзистора в схемах включения с ОБ и ОЭ.
3.4.1. Характеристики транзистора в схеме с об
Вольта-мперные характеристики транзистора в схеме с ОБ приведены на рис. 3.5. Выходные характеристики отражают зависимость тока коллектора Iк от напряжения коллектор-база Uкб при фиксированном токе эмиттера Iэ (рис. 3.5, а).
Вольт-амперные характеристики имеют три характерные области: 1 – нелинейная начальная область (область насыщения), 11– линейная область (рабочая область) и 111 – пробой коллекторного перехода (нерабочая область).
Для схемы с ОБ характерно расположение области 1 левее оси координат. Это обусловлено тем, что напряжение на коллекторном переходе в схеме с ОБ определяется суммой о + Uкб (см. рис. 3.2, г). Поэтому при Uкб = 0 дырки, инжектированные эмиттером и дошедшие до коллектора, втягиваются внутренним полем коллекторного перехода и создают ток Iк, близкий по величине к току Iэ. При отрицательном напряжении на коллекторе (левее оси ординат) коллектор, так же, как и эмиттер, инжектирует в базу встречный поток электронов, поэтому результирующий ток резко уменьшается. В таком режиме база наводнена (т. е. насыщена) неосновными носителями, поэтому этот режим называется режимом насыщения.
Как известно (см. 3.8) зависимость выходного тока Iк от входного Iэ определяется выражением: Iк = Iэ + Iко.
В соответствии с этим выражением, ток Iк в рабочей линейной области 11 при постоянном токе Iэ должен оставаться постоянным. Некоторое увеличение тока Iк обусловлено увеличением коэффициента , а также приращением тока Iко при увеличении напряжения на коллекторе.
Рис. 3.5. Характеристики транзистора, включённого с общей базой: а – выходные; б – входные
Возрастание тока Iк на выходных характеристиках при повышении напряжения Uкб характеризуется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода:
rк = Uк /Iк, при Iэ = const. (3.15)
Сопротивление rк может быть найдено как отношение приращений напряжения и тока, при постоянном токе Iэ, равном номинальному для транзистора. У маломощных транзисторов величина rк составляет 0,5 – 1 МОм.
При повышении температуры растёт неуправляемый ток коллектора Iк0, его величина примерно удваивается при повышении температуры на каждые 100С. Из-за малости тока Iк0 абсолютное увеличение тока Iк незначительно, поэтому транзистор в схеме с ОБ считается достаточно температурно-стабильным.
Входные характеристики транзистора в схеме с ОБ (рис. 3.5, б) представляют собой зависимость тока Iэ от напряжения Uэб при постоянном напряжении Uкб. Они по виду близки к прямой ветви вольт–амперной характеристики диода. Входная характеристика, снятая при большем напряжении Uкб, располагается левее и выше. Это объясняется тем, что при подаче напряжения Uкб по цепи коллектор – база протекает неуправляемый ток Iко и на внутреннем сопротивлении базы создается напряжение, которое обеспечивает дополнительное прямое смещение эмиттерного перехода и, как следствие, увеличение тока Iэ. Это свидетельствует о наличии обратной связи в транзисторе.